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为挤出线选择最佳测量设备

来源:荣格 发布时间:2018-11-05 386
塑料橡胶材料处理、计量与检测模具及零件塑料加工设备 技术前沿
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“测量速率”、“平均值”和“准确度”对测量设备投资的意义

在决定投资测量设备时,除成本之外,“最佳设备”也是人们考量的一项主要因素。对设备进行较好或较差的性能区分似乎很容易,然而,这种简化存在风险。例如在数字摄影时,传感器尺寸和一般的单个像素尺寸,比像素总数更重要。然而,像素数通常作为相关的销售参数。因此,有必要对测量设备的特性、定义和相互作用提出质疑。通常它们会缺少有效发挥这些特性(温度和位置依赖性)的条件相关的更多信息。

图1 以射击为案例说明绝对精度和重复性

图1 以射击为案例说明绝对精度和重复性

测量设备的规格通常包含以下特性:“测量范围”、“绝对精度”(也称“正确性”)、“重复性”(也称“重复精度”)和“测量速率”。“测量范围”表示可测量物体的最小/最大尺寸,有时也指视觉范围,即测量对象可移动的整体范围。但有时也缺少最小/最大可测量尺寸的信息。“绝对精度”的字面含义是指所有测量误差的总和。但是,评估测量设备时,必须做出以下区分:“绝对准确度”是对平均测量值与认证标准值的比较。“重复性”指测量值在相同条件下的分散情况,并由此产生测量设备本身的噪声特性。只确定“重复性”数值是不够的。一家供应商有可能标明单个数值的标准偏差,而另一家供应商则根据一系列平均值进行计算。图1显示了“绝对精度”(也称为“正确性”)和“重复性”(也称为“重复精度”)的常见可视化过程。

测量设备的“测量速率”是指每秒产生的测量值数量,这是被认为“多多益善”的另一项重要比较标准。然而若要客观比较,则必须了解单次测量时的测量速率和绝对精度与重复性之间的相互依赖性。测量设备有可能具有较高的测量速率,但其单值精度较低,因此与测量速率较低、但单值精度较高的设备相比,其不适合于对过程进行控制或表征。例如,单值精度较低时,平均时间需延长。此后的风险在于,产品在平均时间内时产生的实际变化被平均了。在最坏的情况下,甚至由于被测量设备不发出信号,而导致违规。

以下案例是在2000年9月某一周内绘制的温度曲线,其表明了平均测量值对感知的影响程度(图2)。

图2 将温度曲线作为示例

图2 将温度曲线作为示例

每间隔10分钟,对显示的“实际值”进行一次测量。计算1小时内平均值,只能使极值变得平滑。若计算12小时以上的平均变化温度,则显示的温度变量低于实际温度。此外,如果生成一天的平均值,则日常温度变化的相关信息将完全丢失。若设备需在后期具有平均深度,则其不适用于必须根据温度范围作出报警或进行调节的过程。

图3 SIKORA直径测量头采用线传感器技术进行衍射分析

将从软管和管子生产过程中采用旋转镜阴影投影方法测量直径作为案例。旋转速率和反射面数量(Zanoni,1973[1];Vossberg,1981[2])的乘积,通常可产生高测量速率。然而,当单值精度相对较低时,通常根据每秒平均值确定精度,这里面原因众多。每次单独测量时均使用不同镜面。测量时,根据移动方向,产品位移会使产品直径增加或减少——产品边缘的测量并非同时进行,而是按顺序进行。最终,只能通过从暗至亮和从亮至暗的过渡过程,测得直径,在其余时间内,测量信号无信息。

与此相比,衍射方法等其他测量技术(Blohm, Sikora, &Beining, 2005[3]; Blohm&Sikora,2017[4]),则使用线扫描相机(图3和图4)。

图4 CCD线传感器的衍射信号

一方面,由于在产品边缘同时记录,因此产品位移不存在问题。另一方面,产品阴影外部衍射缝内的单个像素均可直接连接至产品边缘,从而提高单值精度。因此,必须获得平均测量值,从而对生产过程进行控制或表征。

总之,如不考虑这些情况,则无法对测量速率进行充分比较。因此,为了客观比较两台测量设备,首先必须明确定义过程中的要求。此外,应对制造商的详细目录提出疑问,并利用必要信息进行比较,从而通过新型测量设备的投资提高质量、优化过程和节省成本。

参考资料:

[1] Zanoni, C. (1973). Patentnr. US3856412A. USA.

[2] Vossberg, C. A. (1981). Patentnr. US4269514A. USA.

[3] Blohm, W., Sikora, H., & Beining, A. (2005). Patentnr. US6922254B2. USA.

[4] Blohm, W., & Sikora, H. (2017). Patentnr. US9797712B2. USA.

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